Modelagem semi-empírica de sistemas de refrigeração domésticos em regime permanente Equipe Prof. Cezar O. R. Negrão, UTFPR Prof. Raul H. Erthal, UTFPR.

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1 Modelagem semi-empírica de sistemas de refrigeração domésticos em regime permanente Equipe Prof. Cezar O. R. Negrão, UTFPR Prof. Raul H. Erthal, UTFPR Acadêmico Cassio A. Yared, UTFPR

2 Sumário Parte I – Simulação do sistema completo Parte II – Análise do subresfriamento

3 Parte I – Simulação do sistema completo

4 Introdução Consumo de energia em refrigeradores domésticos: 11% da energia produzida Custos em etapas de projeto e validação de sistemas de refrigeração domésticos Simulação

5 Objetivos Modelo matemático Simulação em regime permanente Calibração através de testes empíricos Redução da quantidade de testes para projeto e validação

6 Metodologia 5 componentes –Compressor –Condensador –Trocador de calor TC-LS –Evaporador –Gabinete Conservação da energia Conservação da massa Evaporador Condensador Compressor Gabinete Ambiente Trocador de calor TC-LS Qc Qe W el Qe

7 Modelo do Compressor Balanço de Energia Vazão Potência

8 Modelo do Condensador Area Sub-resfriadoSaturado T dl T s,c TcTc Taxa de calor rejeitado Balanços de Energia

9 Modelo do Evaporador Taxa de Calor Absorvido Balanços de Energia Area SaturadoSuperaquecido T s,e TeTe Temperatura

10 Modelo do Trocador de Calor TC-LS Tubo capilar –Adiabático  maior facilidade computacional com resultados satisfatórios –A troca de calor não influencia no escoamento e vice versa Vazão mássica

11 Modelo do Trocador de Calor TC-LS Balanço de Energia no Trocador de Calor Taxa de Transferência de Calor

12 Modelo do Gabinete Taxa de Transferência de Calor Em regime permanente

13 Calibração Freezer vertical 300L Testes de calorímetro: 2 compressores (EMBRACO/WHIRPOOL SA) Testes de pull-down (POLO – UFSC) Cálculo dos coeficientes globais de troca de calor (U)

14 Resultados

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16 Análise de sensibilidade –A mudança de compressor não alterou a precisão da simulação –O modelo respondeu bem às mudanças no tubo capilar –Bastante sensível em relação à condutância do gabinete –Pouco sensível às condutâncias nas regiões de única fase

17 Conclusões O modelo é viável Permite simular a mudança de componentes individualmente Boa concordância com os testes –Diferenças inferiores a 10% Modelo robusto –Não apresentou casos de não convergência

18 Parte II – Análise do subresfriamento

19 Análise do subresfriamento Refinamento da simulação Simulação atual: tubo capilar adiabático Vazão mássica no tubo capilar  critério de convergência

20 O grau de subresfriamento Definição: diferença entre temperatura de condensação e temperatura na saída do condensador ∆T sub = T c – T s,c Influência na vazão que passa no tubo capilar

21 Diagrama pressão X entalpia

22 Objetivos Determinar o grau de subresfriamento que proporciona a mesma vazão em um tubo capilar adiabático Relacionar com parâmetros de troca de calor –Condutância do trocador de calor TC-LS(UA tc ) –Taxa de calor trocado no trocador de calor TC-LS (Q tc )

23 Determinação do ∆T sub ótimo ∆T sub ótimo  grau de subresfriamento em que a vazão no tubo capilar adiabático é igual à vazão no tubo capilar não adiabático Método da falsa posição Dados experimentais – Zangari (1998)

24 Resultados

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27 Adaptação programa CAPHEAT Adaptar rotina de capilar não adiabático ao programa principal Avaliar a influência do tubo capilar não adiabático no programa completo Utilizou-se uma versão do programa CAPHEAT (POLO-UFSC)

28 Dificuldades encontradas Determinação das propriedades termodinâmicas –Adaptou-se para utilizar as rotinas de interpolação Convergência do programa CAPHEAT –Não atingiu-se a convergência do programa isoladamente –Investigou-se qual a razão da não-convergência, sem sucesso

29 Alternativa ao CAPHEAT Programa Capillary Tubes – (POLO, UFSC) Simulação de tubos capilares –Adiabático –Não adiabático Concêntrico Lateral Limites estreitos para simulação Comparar os resultados do tubo capilar não-adiabático com o adiabático utilizado na simulação do sistema completo

30 Resultados

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32 Conclusões Grande influência do grau de subresfriamento na vazão mássica que passa pelo tubo capilar A determinação de um grau de subresfriamento ótimo possibilita melhorias na precisão das simulações de um tubo capilar adiabático Avaliou-se o grau de precisão da rotina de tubo capilar adiabático utilizada no programa

33 Agradecimentos EMBRACO/WIHRPOOL SA CNPQ UTFPR LACIT